基于軟件無線電的被動雷達(dá)

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1、一種多頻段多波束的軟件定義的被動雷達(dá)PARTⅠ系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵字：無源雙基站雷達(dá)，軟件定義的雷達(dá)，多頻段多波束雷達(dá)，USRP摘要：這篇論文講述了一種軟件定義的無源雙基站雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計和發(fā)展，這種雷達(dá)系統(tǒng)可以工作在任意載頻、帶寬以及一種可以大致6Ghz并且發(fā)送端以不同的位置機會的大頻譜信號。一種廉價的開源的軟件定義的無線電技術(shù)被用來發(fā)展一種完全同步的多頻道數(shù)字接收系統(tǒng)。許多不同構(gòu)造的相控陣天線被建造用來覆蓋一個寬的頻域和數(shù)量。數(shù)字波束形成，可適應(yīng)濾波，數(shù)字信號處理技術(shù)被用來在所有9的方向上偵測和追蹤任務(wù)。測試結(jié)果在末尾給出來證明設(shè)計。1.簡

2、介無源雙基站雷達(dá)使用了幾率發(fā)射系統(tǒng)作為他的信息源并與雷達(dá)接收系統(tǒng)處在不同位置。發(fā)送器可以是任何廣播發(fā)送設(shè)備比如模擬或者數(shù)字音響，電視，GPS系統(tǒng)，等等，或者是無線通信系統(tǒng)比如GSM,UMTS,WiMAX,LTE或者空間通信連接等等。甚至可以在雙站模式下使用另一種同類型的雷達(dá)發(fā)送器。大量的這種發(fā)送器可以[1]中被發(fā)現(xiàn)。無源雙基站雷達(dá)相較于他的同類型設(shè)備而言有許多優(yōu)點。很明顯的是這種系統(tǒng)使得反導(dǎo)系統(tǒng)以及電子偵測設(shè)備與它對抗變得更難同時對于各種天氣條件下都適用。由于這種低的操作頻率以及雙站或者多路統(tǒng)計結(jié)構(gòu)使得它可以檢測隱身目標(biāo)。由于使用了已

3、經(jīng)存在的幾率發(fā)送器，所以這種設(shè)備比較廉價。在過去的一段時間內(nèi)，許多的處于試驗階段或者實用階段的適用于陸、空、海域的被動雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)被研發(fā)出來，這些系統(tǒng)使用FM[2],TV[3],DTV-B[4],GSM[5],UMTS[6],WiMAX[7],WLAN/WiFi[8],GPS/GLONASS[9]等形式的信號。然而，這些系統(tǒng)被設(shè)計用于某種特殊的發(fā)送器，一種特殊信號的選擇應(yīng)主要的根據(jù)信號的特點以及雷達(dá)任務(wù)的雙站幾何特點。基于這個原因，軟件定義的無線電是一種理想的選擇。軟件定義的無線電系統(tǒng)是能夠在傳播中通過重新構(gòu)造它的頻率，帶寬，數(shù)字信號

4、處理模式等等操作特性來改變信號的特性。軟件定義的無線電由于其靈活性和適應(yīng)性而具有很多操作上的優(yōu)點。隨著數(shù)字波束變化的頻率使得多角色的智能天線可以形成多種可用于各種雷達(dá)功能的天線模式。將這兩種技術(shù)結(jié)合起來意味著可以適應(yīng)各種射頻和任務(wù)環(huán)境的可適應(yīng)性的雷達(dá)。無源雙基站雷達(dá)和軟件定義的無線電的結(jié)合使用了巨大的信號處理信道。然而，數(shù)字信號處理器和FPGAs的容量使得這樣一個雷達(dá)系統(tǒng)的實時性變得現(xiàn)實。一種軟件定義的無線電和無源雙基站雷達(dá)結(jié)合的有限容量的這樣一個系統(tǒng)的趨勢可以在文章[8,10,6,4,11]查找到。在這篇論文中，我們會討論一種多頻段

5、和多波束的軟件定義的無源雙基站雷達(dá)的設(shè)計和發(fā)展。為了實現(xiàn)這個目的，我們設(shè)計了一種使用叫做USDR的開源軟件定義的無線電的多信道數(shù)字雷達(dá)接收系統(tǒng)。通過使用了相位改變、數(shù)字波束、多信道同步、無源雙基站雷達(dá)、軟件定義的無線電、可適應(yīng)過濾器、數(shù)字信號處理以及雷達(dá)信號處理等技術(shù)，我們可以開發(fā)一種雷達(dá)系統(tǒng)，這種雷達(dá)可以調(diào)到各種小于GHz有一個特定的小于50MHz的帶寬的載頻信號。第二部分解釋了雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計過程中的挑戰(zhàn)，第三部分展示了演示結(jié)果。2．雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計基于軟件無線電的無源雙基站雷達(dá)系統(tǒng)的基本設(shè)計理論是它能基于變化的載頻和任務(wù)環(huán)境，通過一個可

6、以在空間和頻域上控制的軟件來改變它的功能參數(shù)。這意味著這種雷達(dá)應(yīng)該有以下能力。1.360度全方位覆蓋并擁有最小的盲區(qū)。2.能夠形成多功能適應(yīng)性天線波束。3.能夠調(diào)整到來自任意方向的任意載頻的能力。4.控制截獲信號帶寬的能力。5.偵測和追蹤任務(wù)的能力。這些能力可以使得這種被動雷達(dá)使用從陸地、空中、海洋上捕捉到的廣播或者無線通信信號來在同一時間采用多種模式的方式去偵測和追蹤多項任務(wù)。對于這樣一種來說，基本的構(gòu)造模塊應(yīng)包括：1.隨著數(shù)字波束結(jié)構(gòu)改變的天線2.多信道異步模式的軟件定義的無線電系統(tǒng)3.數(shù)字信號處理器接下來，我們會解釋我們是如何實

7、現(xiàn)這樣一種被動雷達(dá)系統(tǒng)的各種目標(biāo)的。2.1隨著天線轉(zhuǎn)換單元變化的天線陣列無源雙基站雷達(dá)可以使用大量的存在于地面和空間的覆蓋了一個寬的頻率的幾率發(fā)送機，比如：HF,FM,TV,DTV-B,GSM,EDGE,UMTS,WIMAX,LTE,GPS,ACARS,衛(wèi)星無線電以及電視通信信號以及其他的雷達(dá)等等。這些發(fā)送器和任務(wù)可以位于空間中的任何位置。隨著方向元素和可適應(yīng)的數(shù)字波束改變的天線使得我們可以捕獲來自所有發(fā)送源的信號。為了覆蓋較寬的頻域，可變的帶寬，數(shù)量，和多變的位置，大量的直線型的和圓圈型的基于多種頻帶的天線被設(shè)計出來。這些天線通過一

8、種軟件控制的天線轉(zhuǎn)換單元連接到一個多信道的雷達(dá)接收系統(tǒng)。這允許我們可以針對一種特殊的空間環(huán)境來選擇合適的天線。圖1.多基帶無源雙基站雷達(dá)的功能模塊圖2.覆蓋一個寬的頻譜范圍的多基帶相控陣天線圖3.多信道基于軟件無線電的雙